توربینهای گاز بزرگ، تحت عنوان Heavy Duty Gas Turbines، در نیروگاههای برق، بصورت سیکل ساده یا سیکل ترکیبی برای تولید برق پایه، برق پیک و یا بارهای میانی شبکه مورد استفاده قرار میگیرند و در یک تقسیم بندی کلی تحت عنوان سیستمهای F ، E و H توسط سازندگان به بازار عرضه میشوند. توربین گاز سیستم H با توان خروجی سیکل ساده بیش از 450 مگاوات و راندمان حیرت آور 61 درصد در حالت سیکل ترکیبی، شرکتهای تولید برق زیادی را در نقاط مختلف دنیا مجذوب خود ساخته است.
نسل توربین های گازی تحت عنوان سیستم H، در سال 1995، توسط شرکت جنرال الکتریک معرفی شد. در طراحی این سیستم جدید، از آموخته های موتورهای هوایی بهره برده شده و از فناوری Six Sigma برای به حداکثر رساندن “قابلیت اطمینان” و “در دسترس بودن” استفاده شده است. مراحل آزمایشی شرایط FSNL از ماه می 1998 تا فوریه 2000 به طول انجامید و اولین توربین از این نوع در سال 2003 مورد بهره برداری قرار گرفت.
با ادغام شرکت وستینگهاوس با زیمنس در اوت سال 1998، تولید توربین های گازی نسل NGF مورد تصمیم گیری قرار گرفت و زیمنس بطور رسمی برنامه توسعه فن آوری سیستم H را در اکتبر 2000 تصویب کرد و طراحی مهندسی پایه را در نوامبر 2001 ، تقریباً چهار سال قبل از اعلام عمومی در سپتامبر 2005، آغاز نمود.
یکی از مهمترین تصمیمات مفهومی که باید در ابتدای برنامه اتخاذ میشد، انتخاب روش خنک کاری برای اطمینان از مقاومت اجزای مسیر گاز داغ در برابر افزایش دما و در عین حال حفظ و اطمینان از انعطاف پذیری مورد نیاز بهره برداری بود. در توربین گاز سیستم H ، بر اساس برنامه سیستم توربین پیشرفته (ATS) وستینگهاوس، ترکیبی از هوا و بخار استفاده گردید.
براساس تجربه بهره برداری و ملاحظات انعطاف پذیری از سیستم احتراق حلقوی annular زیمنس که در بیش از دویست توربین SGT-4000F مورد استفاده قرار گرفته و صدها سیستم احتراق can-annular توربینهای وستینگهاوس، نهایتا تصمیم گرفته شد كه سیستم احتراق can-annular در سیستم H مورد استفاده قرار گیرد. این سیستم احتراق از ابتدای سال 2005 مورد آزمایش قرار گرفت و تستهای نهایی مورد تائید در نیروگاه Irsching تکمیل گردید.
سیستم جدید، با تمام مزایای فوق العاده، بدون ایراد هم نبود. در تاریخ 20 سپتامبر 2018، جنرال الکتریک از بروز مشکلی در یکی از توربینهای سیستم H خود خبر داد. یکی از توربینهایی که توسط Exelon در نیروگاه کلرادو Bend واقع در تگزاس در حال بهره برداری بود، با مسئله اکسیداسیون مواجه شد که کار توربین را متوقف کرد. بدنبال آن، سهام GE سقوط 3.4٪ را تجربه کرد. مسئله اکسیداسیون در پره های توربین یک مشکل جدی بود. لذا شرکت Exelon بهره برداری از سه توربین دیگر خود را نیز، در یک اقدام احتیاطی، متوقف کرد.
آنچه سیستم H را متمایز میکند
سوخت، معیاری از هزینه بهره برداری از نیروگاه است. با افزایش بهره وری، حتی به اندازه یک درصد، هزینه های بهره برداری، بطور چشمگیر، کاهش می یابد. نتیجه نهایی عبارت خواهد بود از تولید برق ارزانتر. سیستم H، سیستم یکپارچه پیشرفته ای است که میتواند در یک نیروگاه سیکل ترکیبی، از بخار بعنوان خنک کن پره ها و نازلهای توربین استفاده نماید. این قابلیت، شرایط را برای کار توربین در دماهای بالاتر فراهم مینماید که افزایش راندمان سوخت 60 درصد را بدنبال دارد.
دمای اگزوز توربین گازی تا حد زیادی توسط توان مصرفی کمپرسور با نسبت فشار کمپرسور 23: 1 تعیین میشود. این نسبت فشار، در مقایسه با نسبت فشار 15: 1 سیستم F، به نوبه خود، باعث میشود که درصورت استفاده از توربین سه مرحله ای، بار هر یک از مراحل توربین به شدت افزایش یابد. لذا برای کاهش این بار، در سیستم H از توربین 4 مرحله ای استفاده میگردد. که علاوه بر تعدیل بار وارده به مراحل توربین، راندمان کلی توربین نیز افزایش می یابد.
توربین گاز چهار مرحله ای سیستمH
توربین گازی سیستم H از بخار آب بعنوان خنک کننده قطعات داغ توربین استفاده می کند. این سیستم خنک کننده منحصر به فرد این امکان را فراهم می آورد که برای دستیابی به راندمان احتراق بهتر و با حفظ استانداردهای انتشار NOX پائین، دمای نقطه کار توربین را افزایش داد.
برای انتشار کم NOx، درجه حرارت محصولات احتراق باید تا حد ممکن پایین باشد. از طرفی طبق آنچه پیشتر گفته شد، دمای احتراق باید به اندازه کافی زیاد باشد تا به راندمانهای بالاتر دست یافت. خنک کردن مناسب نازل مرحله اول توربین میتواند یک راه حل مناسب باشد. تا محصولات احتراق با دمای پائینتری به مراحل بعدی توربین وارد شوند. این هدف با خنک کننده سیکل بسته بخار قابل حصول میباشد.
در توربین های گازی معمولی، نازل مرحله اول با هوای خروجی کمپرسور خنک می شود. این فرایند خنک کاری، افت دما در نازل مرحله اول را تا 155 درجه سانتیگراد باعث می شود. اما افت دما در نازل مرحله اول در توربین های گازی سیستم H با خنک کننده سیکل بسته بخار، به کمتر از 44 درجه سانتیگراد کاهش می یابد.
مزیت دیگر سیستم H این است که که بخار عبوری از نازل، همزمان با خنک کاری، گرمای دریافتی از نازل مرحله اول توربین گاز را برای استفاده در توربین بخار منتقل می کند و برخلاف آنچه در روش سنتی، گرمای جذب شذه در هوای خنک کاری هدر می رفت، در این سیستم به گرمای قابل استفاده در توربین بخار تبدیل می شود. سومین مزیت خنک کننده سیکل بسته بخار این است که هدر رفت هوای فشرده در خروجی کمپرسور را به حداقل می رساند، در نتیجه اجازه می دهد جریان هوای متراکم بیشتری برای پیش احتراق سوخت به قسمت انتهایی احتراق وارد شود.
در توربین های گازی معمولی، از هوای کمپرسور برای خنک کردن اجزای دوار و ثابت در پایین دست نازل مرحله اول توربین استفاده می شود. این هوا با عنوان “هوای قابل شارژ” شناخته می شود، زیرا باعث کاهش عملکرد چرخه می شود. “هوای قابل شارژ”، که در سیستم H با بخار جایگزین می شود، باعث افزایش دو درصدی راندمان چرخه توربین گاز می شود و توان خروجی به میزان قابل توجهی افزایش می یابد، زیرا کل هوای خروجی کمپرسور می تواند به کانال احتراق منتقل شود.
بازدیدها: 196
